【软考】系统架构设计师考试知识点（二）计算机网络基础知识-1

• 主要学习操作系统基础知识、数据库系统基础知识。
  

1. 操作系统基础知识

• 操作系统式计算机系统种的核心系统软件，负责管理和控制计算机系统种硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程和有效地利用资源，在计算机与用户之间起接口作用的。

操作系统的特征

• 并发性 concurrency
• 共享性 sharing
• 虚拟性 virtual
• 不确定性 non-determinacy

操作系统的功能

• 进程管理
• 文件管理
• 存储管理
• 设备管理
• 作业管理

典型的操作系统

批处理操作系统

• 原理：通过把用户提交的作业分类，将一批中的作业编成一个作业执行序列

分类批处理

联机批处理

脱机批处理

• 特征：用户脱机使用计算机、成批处理、多道程序运行

分时操作系统

• 原理：采用分时技术，十多个用户同事以绘画方式控制自己程序的运行，每个用户都感到似乎各自有一台独立的、支持自己请求服务的系统。分时技术把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。若某个作业在分配给它的时间片内不能完成计算，则该作业暂时中断，把处理机让给另一个作业使用，等待下一轮时再继续运行。

特征

• 交互性
• 多用户同时性
• 独立性

实时操作系统

• 原理:实时操作系统往往是专用的，系统与应用很难分离，紧密结合在一起，实时系统不强调资源利用率，而是关心及时性、可靠性和完整性。
• 分类
  实时过程控制
  实时信息处理
• 特征：提供即时响应、高可靠性

网络操作系统

• 原理: 按照网络架构的各个协议标准进行开发，包括网络管理、通信、资源共享、系统安全和多种网络应用服务等。在网络系统中，个计算机的操作系统可以互不相同，它需要有一个支持异种计算机系统之间进程通信的网络环境，以实现协同工作和应用集成。
• 特征：互操作性、协作处理。

分布式操作系统

分布式操作系统要求有个统一的操作系统，实现系统操作的统一性，负责全系统的资源分配和调度，为用户提供统一的界面。他是一个逻辑上紧密耦合的系统。目前还没有真正实现的网络操作系统。
现在的虚拟云主机算不算分布式系统？？？

进程概述

进程和程序的比较

进程是程序的依次执行，是一个动态的概念；而程序是静态的概念，是指令的集合，具有动态性和并发性。
程序是进程运行所对应的运行代码，一个进程对应于一个程序，一个程序可以同时对应与多个及进程。

• 组成
  在操作系统中，晋城市进行系统资源分配、调度和管理的最小单位。从静态的观点看，进程由程序、数据和进程控制块组成；从动态的观点看，进程是计算机状态的有序集合。
• 进程控制块 Process Control Block
  进程存在的唯一标志，描述进程的基本情况：1-调度信息，供过程调度使用，包括进程当前的一些基本属性。2-执行信息，刻画了进程的执行情况。

进程状态划分

• 三态模型
• 运行态:占有处理器正在运行
• 就绪态：具备运行条件，等待系统分配处理起以便运行。
• 等待态（阻塞态）：不具备运行条件，正在等待某个事件的完成。
• 五态模型
  实际使用中，进程不能总是全部存在于内存之中，有时需要将某些进程挂起，对换到磁盘镜像区中，使之暂时不参与进程调度，起到平滑系统操作负荷的目的。
• 运行
• 活跃阻塞
• 静止阻塞
• 静止就绪
• 活跃就绪

信号量与PV操作的概述

在操作系统中，进程之间经常会存在互斥和同步两种关系，为了有效地处理这两种情况，W.Dijkstra在1965年提出信号量和PV操作。
信号量：是一种特殊的变量，表现形式是一个整型S和一个对列
P操作： S=S-1，若S<0，表示当前没有资源分配给该进程，进程暂停执行，进入等待队列。
V操作：S=S+1，若S≤0，表示阻塞队列中由等待该资源的进程，唤醒等待队列中的第一个进程。

PV操作的理解

• 信号量与PV操作用来解决并发问题的，而在并发问题中最重要的是互斥与同步两个关系，在解题时，应该先从寻找互斥与同步关系开始
• 通常一个互斥或者一个同步关系可以使用一个信号量来解决。
• 信号量的初值通常就是表示资源的可用数，而且通常对于初始为0的信号量，会先做V操作
• 在资源使用之前，将会使用P操作；在资源用完之后，将会使用V操作。在互斥PV操作是在一个进程中成对出现的；而在同步关系中，PV操作一定是在两个进程设置时多个进程中成对出现。

利用PV操作实现进程的互斥控制

利用PV操作实现进程的同步控制

生产者-消费者问题（3个信号量）

• empty 同步 说明空闲的缓冲区数量，因为程序开始时，缓冲区全部为空。所以其初始值应为缓冲区的总个数
• full 同步 说明已填充的缓冲区的数量，因为程序开始时，所有缓冲区都为空（未填充），所以，其初始值应为0
• mutex 互斥 保证同时只有一个进程再写缓冲区，因此，其初始值应为1

管程与线程

管程

• 组成
  管程由管程名、局部子管程的变量说明、说用共享资源并在数据集上进行操作的若干过程，以及对变量赋初值的语句4个基本部分组成。
• 执行过程
  每一个管程管理一个临界资源。当有几个进程调用某某管程时，仅允许一个进程进入管程，其他调用者必须等待。

线程

线程时进程的活动成分，是处理器分配资源的最小单位，牙科椅共享进程的资源与地址空间，通过线程的活动，进程可以提供多种服务或者实行子任务并行。采用线程即知的最大优点时节省开销、创建时间短。

多线程系统

死锁问题

• 定义：死锁是指多个 进程之间互相等待对方的资源，而在得到对方资源之前又不释放自己的资源，造成循环等待的以重现象。
• 必要条件
• 互斥条件：即一个资源每次只能被一个进程使用。
• 请求保持条件：有一个进程已获得了一些资源，但因请求其他资源被阻塞时，对已获得的资源保持不放。
• 不可剥夺条件
• 环路条件
• 银行家算法
  再分配资源之前先看清楚资源分配后是否会导致系统死锁。如果会思索，则不分配；否则就分配。

存储管理

主要任务：提高贮存的利用率、扩充主存以及对主存信息实现有效保护。
存储管理的对象：主存储器（内存）
逻辑地址和物理地址
地址重定向
静态重定位
动态重定位
虚存组织

分段技术

• 划分方式：段，不定长，每个作业一张段表
• 虚地址：（S，d）段内偏移
• 虚拟转换：段内找出起始地址，加段内偏移
• 优点：简化任意增长和收缩的数据段管理，利于进程间共享过程和数据
• 缺点：段外碎片降低了利用率

页式管理

• 划分方式：页（定长），每个进程一张页表
• 虚地址（P,d），页号，页内偏移
• 虚实转换：也表内找出起始地址，然后加页内偏移
• 优点：消除了页外碎片
• 缺点：存在页内碎片

段页式管理

• 划分方式：湘江内存分维登场也，每个作业一张段表，每段对应一组页表
• 虚地址：（S,P，d）段号、段内页号，页内偏移
• 虚实转换：现在段表中找到也表表的起始地址，然后在表中找到起始地址，最后加页内偏移
• 优点：结合了段与页的有点，便于控制存取访问
• 缺点：提高复杂度，增加硬件存在页内碎片

2. 数据库基础知识

基本概念

• 数据库
• 数据库系统
• 数据库管理系统

关系数据库系统

面向对象的数据库系统

对象关系数据库系统

数据库技术中采用分级方法，数据库结构划分层次

• 外模式
• 概念模式
• 内模式

结构

结构基础是数据模型，用来描述数据的一组概念和定义

三要素

• 数据结构
• 数据操作
• 数据的约束条件

常见数据模型

概念数据模型：主要用实体-联系方法表示（Entity-Relationship Approach）

• 实体
  矩形框表示
• 属性
  椭圆形表示，并用连线与实体连接起来
• 实体之间的联系
  菱形框表示

基本数据模型

• 数据结构
• 数据操作
• 完整性约束

面向对象模型

用面向对象的观点来描述现实世界实体的逻辑组织、对象间限制、联系等的模型。

数据的规范化

• 函数依赖
  关系数据库设计理论的核心就是数据间的函数依赖
• 范式
• 第一范式（1NF）
  如果关系模式R的每个关系r的属性值都是不可分的原子值，那么称R是第一范式的模式，r是规范化的关系。关系数据库研究的关系都是规范化的关系。
• 第二范式（2NF）
  如果关系模式R是1NF，且每个非主属性完全函数依赖于候选键，那么称R是2NF模式
• 第三范式（3NF)
  如果关系模式R是1NF，且每个非主属性完全函数依赖于候选码，那么称R是3NF模式
• BC范式
  如果关系模式R是1NF，且每个主属性都不传递依赖于R的候选键，那么称R是BCNF模式
  BCNF∈3NF∈2NF∈1NF

事务管理

DBMS运行的基本工作单位是事务，事务时用户定义的一个数据库序列，这些操作序列要么全做，要么都不做，是一个不可分割的工作单位

四个特性

• 原子性 Atomicity
  事务操作要么全做，要么全不做
• 一致性 Consistency
  事务的执行就是数据库从一个一致性状态变成另一个一致性状态
• 隔离性 Isolation
  一个事务的执行不能被其他事务干扰
• 持续性 Durability
  事务一旦提交，他对数据库的改变必须是永久的，即便系统出现故障也是如此

相关SQL语句

• BEGIN TRANSACTION
• COMMIT
• ROLL BACK

并发控制

• 并发操作
• 封锁

备份与恢复

备份分类

• 静态备份
• 动态备份
• 海量备份
  备份全库
• 增量备份

四类故障

• 事务故障
  恢复操作：撤销事务和重做事务
• 系统故障
• 介质故障
  介质故障的恢复由数据库管理员装入数据库副本和日记文件副本，在由系统执行撤销和重做操作。
• 计算机病毒

关系数据库设计

数据库设计：对一个给定的应用环境，构造最优的数据库，建立数据库及其应用系统，使之能有效地存储数据，满足各种用户需求。

特点

从数据结构开始，并以之为核心展开，静态结构设计与动态性为设计分离，试探性，反省性和多步性

方法

• 直观设计法
• 规范设计法
• 计算机辅助设计法
• 自动化设计法

步骤

• 需求分析
• 概念结构设计
• 逻辑结构设计
• 物理结构设计
• 应用程序设计
• 运行维护

分布式数据库系统

分布式数据库系统：针对地理上分散而管理上又需要不同程度寄中管理的需求，而提出的以重数据管理信息系统。

特点

• 数据的集中控制性
• 数据独立性
• 数据冗余可控性
• 场地自治性
• 存取有效性

体系结构

• 全局外层
• 全局概念层
• 局部概念层
• 局部内层

商业智能

BI
企业对商业数据的搜集、管理和分析的系统过程，目的是是企业的各级决策者获得知识或洞察力，帮助他们作出对企业更有利的决策。一般认为数据仓库、联机分析处理（OLAP）和数据挖掘是商业智能的三大组成部分

数据仓库Data Warehouse

• 面向主题
• 集成的
• 非易失的
• 时变的

OLTP与OLAP比较

• OLTP即联机事务处理，是关系数据库的基础
• OLAP即联机分析处理，是数据仓库的核心部分

数据挖掘与传统数据分析的区别

数据挖掘实在没有明确假设的前提下区挖掘信息、发现知识。数据挖掘所得到的信息应具有先知、有效和可实用三个特征。